JP2000221017A - 光学部品の曲率半径測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲率半径を検査する場合に、被検面と同一
の曲率半径を持つ原器を必要としない、測定器を提供す
る。 【解決手段】曲率半径が既知の原器が面反射する位置と
被検面が面反射する位置との差を測長した結果と、原器
の曲率半径から被検面の曲率半径が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学ミラー等の光
学部品の曲率半径を簡単に、高精度に測定するための測
定方法及び測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズやミラー等の球面の曲率半径の検
査を行う場合、通常、ニュートン原器面との重ね合わせ
により生ずる干渉縞を観察することによってニュートン
原器の曲率半径に対する差を調べることで行っている。
また、フィゾー干渉計を用いて、曲率半径が既知である
原器を支持装置にセットして干渉縞が縞一色になるよう
アライメントを行った後、原器と被検物を交換した時の
干渉縞の変化を観察する方法もある。更に高精度な計測
が必要な場合、例えばニュートン原器等の絶対的な曲率
半径保証が要求される場合には、フィゾー型干渉計等を
用いて点反射位置と面反射位置との差を測長する方法が
ある。この従来方法を図４を用いて説明する。先ず、移
動可能な支持装置１３に保持された被検面１ａの曲率中
心４５とフィゾーレンズ２より出た計測用球面波の中心
４６が概ね一致するように被検物１の位置を調節し、更
に干渉縞が縞一色状態になるように支持装置１３の位置
を調節する。次に、被検物１を移動させて（図４中で
は、凹面を計測しているからフィゾーレンズに近づく方
向に移動させて）、再び縞一色状態になるように被検物
の位置を調節する。この縞一色状態は被検面１ａの頂点
４７が測定用球面波の中心４６と一致する時（図中の破
線で示された状態での時）に生じるものである。従っ
て、ふたつの縞一色状態に対応する支持装置１３の移動
量を支持装置１３に取り付けられた反射鏡８とレーザー
干渉測長計９により計測しすると曲面１ａの曲率半径が
求まる。尚、前者の縞一色状態を面反射によるもの、後
者の縞一色状態を点反射によるものという。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ニュー
トン原器等を利用する方法では被検面の曲率半径を持つ
原器をすべてについて用意することが必要であり、コス
トや生産効率などの点でデメリットがある。 この点
は、フィゾー型干渉計を用いてマスター原器を基に計測
を行う方法に関しても同様であり、被検面の曲率半径も
持つ原器をすべてについて用意する必要がある。更に、
フィゾー干渉計を用いて高精度な計測を行う場合、被測
定面の曲率半径が大きいと、フィゾーレンズの射出端か
ら被検面までの距離が大きくなり装置全体が大きくなっ
てしまう。そのため、装置自体の測定精度が低下し、さ
らに測定光路中での空気の密度揺らぎに伴う屈折率の変
動による測定誤差が大きくなるという問題点を有してい
た。この問題点の解消のために、例えば、図５のような
測定用の球面波が発散光（図４に示された中心４６が虚
像点になっている）を用いることが考えられるが、点反
射による縞一色状態がとれないために測定手段が無いの
が現状である。

【０００４】本発明は上記のような問題を解決するため
になされたもので、様々な曲率半径を有する曲面の曲率
半径を出来るだけ少ない原器で測定したり、曲率半径の
大きな曲面の曲率半径を、簡単に、精度よく測定する計
測方法及び計測装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では以下の手段を用いている。第１の手段と
して、フィゾー型の干渉計を用いた曲率半径測定法を実
施する時に、既知の曲率半径を有する原器を準備し、面
反射によって縞一色状態となる該原器の光軸上の位置と
面反射によって縞一色状態となる被検部品の光軸上の位
置の距離を求め、この値を基に曲率半径を求めることと
した。 これによって、被検物の数分の原器を準備する
必要がなくなる。

【０００６】第２の手段として、第１の手段の曲率半径
測定法を実施する際に、干渉計より出る測定光が発散光
であることとした。これによって、凹面で曲率半径が大
きい被検物を精度良く、簡単に測定できる。第３の手段
として、第１または第２の手段を実施する際に、前記原
器がリング形状であることとした。これによって、原器
と被検物を交換する必要が無くなり、測定の操作性が良
くなり、且つ原器のアライメント誤差を大幅に低減でき
る。

【０００７】第４の手段として、フィゾー型の干渉計、
被検物及び原器の支持装置、該支持装置を光軸上で移動
させる移動装置、支持装置の移動量を計測する測長器か
らなる曲率半径計測装置に対して、リング状の原器が支
持装置に固定されているようにした。これには第３の手
段と同様な効果がある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の基本的な技術思想は、測
定対象の被検面の曲率半径と異なる曲率半径を持つ原器
を用い、原器が面反射のよって縞一色状態を作る光軸上
の位置と被検面が面反射によって縞一色状態を作る位置
の差を求め、この値を基に大きな曲率半径を有する被検
面の計測を求め、測定を容易にするというものである。
また、この方法により、広範囲な曲率半径を有する被検
物に対して、より少ない種の原器によって計測が可能に
なる。更に大きな利点として、大きな曲率半径を有する
凹面の曲率半径を測定する際に計測光として発散光を利
用できる。これによって測定光路長が短くなり、空気の
揺らぎによる測定精度の低下を防止できる。

【０００９】以下に実施例により具体的に本発明を説明
する。

【００１０】

【実施例１】図１(ａ)に測定光学系の概略を示す。構成
は図４とほぼ同様であるが頂点での反射を基にした測定
基準位置を利用していない。その代わりに曲率半径が既
知な原器で縞一色になる位置を基準としている。支持装
置１３は３点支持等の乗せ変え再現性の高い方法を取る
ことが望まれる。支持装置１３の移動距離を計測する測
長計は計測精度の高いレーザ干渉測長計が良い。本発明
による実施例１の測定法を以下に示す。原器として、被
検物の曲率半径の約１／２程度の、既知の曲率半径を有
する原器５を準備した。初めに図示しない移動ステージ
に設置された支持装置１３に原器５を乗せ、原器の校正
面５ａの干渉縞が縞一色になるように支持装置１３を移
動することでアライメントを行う（図中の破線で記され
た状態）。その状態でレーザ干渉測長計９からの値を記
録しておく。次に原器５と被検物１を乗せ変え、被検面
１ａの干渉縞が縞一色になるように支持装置１３を移動
してアライメントを行う（図中の実線で記された状
態）。その状態でレーザ干渉測長計９から得られる位置
の値を読み、原器で縞一色になった位置からの移動量を
得る。この移動量と原器の曲率半径から被検面の曲率半
径が得られる。この時の支持装置の移動量は被検物の曲
率半径の１／２であり、本発明を用いない場合にして半
分の量で済むことがわかる。また、被検面の曲率半径が
例えば３割程度変化してもこの原器は使用可能であり、
被検面の曲率半径に応じた数分の原器を作る必要が無く
なる。尚、原器には曲率半径が被検物のそれよりも小さ
いものを用いているため、実際には支持装置に乗せ変え
る際には図１(ｂ)に示すような厚さｔが正確に測定され
ている補助板が用いられている。また、測長用の反射鏡
８は図中では被検物に付いているが、実際には支持装置
に付けられている。

【００１１】

【実施例２】図２は本発明の第２の手段の実施例を示す
光学系である。フィゾーレンズ２から出る測定光は発散
光になっている。図１と同様に頂点での反射を基にした
測定基準位置を利用していない。その代わりに曲率半径
が既知な原器で縞一色になる位置を基準としている。支
持装置１３は３点支持等の乗せ変え再現性の高い方法を
取ることが望まれる。支持装置１３の移動距離を計測す
る測長計は計測精度の高いレーザ干渉測長計が良い。本
発明による実施例２の測定手順を以下に示す。原器とし
て、被検物の曲率半径の約１／２程度の、既知の曲率半
径を有する凹面の原器５を準備した。初めに図示しない
移動ステージに設置された支持装置１３に原器５を乗
せ、原器の校正面５ａの干渉縞が縞一色になるように支
持装置１３を移動することでアライメントを行う（図中
の破線で記された状態）。その状態でレーザ干渉測長計
９からの値を記録しておく。次に原器５と被検物１を乗
せ変え、被検面１ａの干渉縞が縞一色になるように支持
装置１３を移動してアライメントを行う（図中の実線で
記された状態）。その状態でレーザ干渉測長計９から得
られる位置の値を読み、原器で縞一色になった位置から
の移動量を得る。この移動量と原器の曲率半径から被検
面の曲率半径が得られる。この時の支持装置の移動量は
被検物の曲率半径の１／２であり、本発明を用いない場
合にして半分の量で済むことがわかる。また、被検面の
曲率半径が例えば３割程度変化してもこの原器は使用可
能であり、被検面の曲率半径に応じた数分の原器を作る
必要が無くなる。尚、補助板の使用に関しては、実施例
１と同様である。

【００１２】

【実施例３】図３は本発明の第３及び４の実施例を示す
ものである。図中、２は干渉計のフィゾーレンズ、１３
は被検物及び原器を保持する支持装置、６は支持装置１
３に固定されたリング状の原器、９は支持装置の移動量
を計測する測長器を示す。初めに図示しない移動ステー
ジ（慣用技術でよい）に設置された支持装置１３に固定
されたリング状原器６の校正面６ａの干渉縞が縞一色に
なるように支持装置１３を移動することでアライメント
を行う（図中の破線で記された状態）。その状態でレー
ザ干渉測長計９からの値を記録しておく。次に被検面１
ａの干渉縞が縞一色になるように支持装置１３を移動し
てアライメントを行う（図中の実線で記された状態）。
その状態でレーザ干渉測長計９から得られる位置の値を
読み、原器で縞一色になった位置からの移動量を得る。
この移動量と原器の曲率半径から被検面の曲率半径が得
られる。原器が付加されたことにより、支持装置上での
乗せ換えが無くなるため、乗せ変え時に発生しうる誤差
要因を無くすことができ、また、支持方法を乗せ変え再
現性の良い方法にする必要性が無くなる。この場合、原
器の支持位置が被検面の支持位置と異なるため、取り付
け位置の補正が必要になる。この補正方法の一つとし
て、第二の原器を支持装置に乗せて、輪帯状原器の干渉
縞が縞一色になる位置と、第二の原器の干渉縞が縞一色
になる位置との差を測長して求める。ここで得られた移
動量と、実際の原器の曲率半径差の差から原器位置補正
値を算出して、被検面測定時の測長値を補正する。

【００１３】

【発明の効果】以上のように本発明に係る曲率半径測定
装置を使用すれば、最少の曲率半径原器を使用して球面
の被検面の曲率半径の相対測定を行うことができる。ま
た、発散光を測定光をし得るために、より測定精度を上
げることが出来る。さらに、原器を被検物支持装置等に
組み込むことにより、原器と被検物の乗せ変えによる誤
差を発生させず、高精度な曲率半径の相対測定が可能に
なる。そして、これらによって光学部品の生産コストの
低減を図り、その生産効率を向上することを図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明に係る原理図、及び第１の実施例を
示す。

【図２】は、本発明に係る第２の実施例を示す。

【図３】は、本発明に係る第３の実施例を示す。

【図４】は、従来の測定法を示す。

【図５】は、発散光を測定光としたときの模式図であ
る。

【符号の説明】

１ ・・・・被検物 １ａ ・・・・被検面 ２ ・・・・フィゾーレンズ ５ ・・・・原器 ５ａ ・・・・原器の校正面 ６ ・・・・輪帯状原器 ６ａ ・・・・輪帯状原器の校正面 ８ ・・・・反射鏡 ９ ・・・・レーザ測長器 １３ ・・・・支持装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィゾー型の干渉計を用いた曲率半径測
   定法であって、既知の曲率半径を有する原器を準備し、
   面反射によって縞一色状態となる該原器の光軸上の位置
   と面反射によって縞一色状態となる被検物の光軸上の位
   置との距離を求め、この値を基に該被検物の曲率半径を
   求めることを特徴とする曲率半径測定法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の曲率半径計測法であっ
   て、干渉計より出る測定光が発散光であることを特徴と
   す曲率半径測定法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の曲率半径測定法で
   あって、前記原器がリング形状であることを特徴とする
   曲率半径測定方法。
4. 【請求項４】 フィゾー型の干渉計、被検物及び原器の
   支持装置、該支持装置を光軸上で移動させる移動装置、
   支持装置の移動量を計測する測長器からなる曲率半径計
   測装置であって、リング状の原器が支持装置に固定され
   ていることを特徴とする曲率半径測定装置。